操作系统 200313

绝地灬酷狼 2021-09-21 03:58 174阅读 0赞

**1. 虚拟内存的作用与特性？**

具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量加以扩充得一种存储器系统。其逻辑容量由内存之和和外存之和决定。

*  多次性，是指无需在作业运行时一次性地全部装入内存，而是允许被分成多次调入内存运行。
 *  对换性，是指无需在作业运行时一直常驻内存，而是允许在作业的运行过程中，进行换进和换出。
 *  虚拟性，是指从逻辑上扩充内存的容量，使用户所看到的内存容量，远大于实际的内存容量。

当每个进程创建的时候，内核会为进程分配 4G 的虚拟内存，当进程还没有开始运行时，这只是一个内存布局。实际上并不立即就把虚拟内存对应位置的程序数据和代码（比如.text .data 段）拷贝到物理内存中，只是建立好虚拟内存和磁盘文件之间的映射就好（叫做存储器映射）。这个时候数据和代码还是在磁盘上的。当运行到对应的程序时，进程去寻找页表，**发现页表中地址没有存放在物理内存上，而是在磁盘上，于是发生缺页异常，于是将磁盘上的数据拷贝到物理内存中**。

**2. 虚拟内存的实现方式？分别有何种缺陷？**

方式：

*  请求分页存储管理。将虚拟内存空间和物理内存空间皆划分为大小相同的页面，如 4KB、8KB 或 16KB 等，并以页面作为内存空间的最小分配单位，一个程序的一个页面可以存放在任意一个物理页面里。页是信息的物理单位
 *  请求分段存储管理。将用户程序地址空间分成若干个大小不等的段，每段可以定义一组相对完整的逻辑信息。段是信息的逻辑单位

分页存储的缺点：产生内部碎片  
分段存储的缺点：产生外部碎片

采用段页式管理就是将程序分为多个逻辑段，在每个段里面又进行分页，即将分段和分页组合起来使用。这样做的目的就是想同时获得分段和分页的好处，但又避免了单独分段或单独分页的缺陷。

**3. 页面置换算法？**

*  最优页面置换算法（往后看）：最理想的状态下，我们给页面做个标记，挑选一个最远才会被再次用到的页面调出
 *  先进先出页面置换算法（FIFO）及其改进（往前看）：这种算法的思想和队列是一样的，该算法总是淘汰最先进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面予淘汰。
 *  最近最少使用页面置换算法 LRU（往前看）：总是选择在最近一段时间内最久不用的页面予以淘汰。 即淘汰最近最长时间未访问过的页面。

**4. 什么是中断？产生中断的方式？**

*  所谓的中断就是在计算机执行程序的过程中，由于出现了某些特殊事情，使得 CPU 暂停对程序的执行，转而去执行处理这一事件的程序。等这些特殊事情处理完之后再回去执行之前的程序。中断（广义）是激活操作系统的唯一方式。
 *  由计算机硬件异常或故障引起的中断，称为内部异常中断；
 *  由程序中执行了引起中断的指令而造成的中断，称为软中断（这也是和我们将要说明的系统调用相关的中断）；
 *  由外部设备请求引起的中断，称为外部中断。

**5. 什么是系统调用？什么会导致用户态陷入内核态？**

*  系统调用：操作系统提供的函数就被称为系统调用（system call）。程序的执行一般是在用户态下执行的，但当程序需要使用操作系统提供的服务时，比如说打开某一设备、创建文件、读写文件（这些均属于系统调用）等，就需要向操作系统发出调用服务的请求，这就是系统调用。
 *  异常：当 CPU 在执行运行在用户态下的程序时，发生了某些事先不可知的异常，这时会触发由当前运行进程切换到处理此异常的内核相关程序中，也就转到了内核态，比如缺页异常。
 *  外围设备的中断：当外围设备完成用户请求的操作后，会向 CPU 发出相应的中断信号，这时 CPU 会暂停执行下一条即将要执行的指令转而去执行与中断信号对应的处理程序，如果先前执行的指令是用户态下的程序，那么这个转换的过程自然也就发生了由用户态到内核态的切换。比如硬盘读写操作完成，系统会切换到硬盘读写的中断处理程序中执行后续操作等。

**6. 陷阱和中断的区别？**

*  陷阱指令可以使执行流程从用户态陷入内核（这也就是为什么叫做陷阱，而不是捕猎的陷阱）并把控制权转移给操作系统，使得用户程序可以调用内核函数和使用硬件从而获得操作系统所提供的服务，比如用视频软件放一个电影，视频软件就发出陷阱使用显示器和声卡从而访问硬件。
 *  中断是由外部事件导致并且它发生的时间是不可预测的，这一点和陷阱不同。外部事件主要是指时钟中断，硬件中断等。CPU 决定切换到另一个进程运行，就会产生一个时钟中断，切换到下一个进程运行。硬件中断顾名思义就是由硬件引起的中断，比如一个程序需要用户输入一个数据，但用户一直没有输入，操作系统决定是一直等待用户输入还是转而运行别的进程，一般情况是转而运行别的进程，如果用户的输入到来了，那么键盘驱动器会产生一个中断通知操作系统，操作系统保存正在运行的程序的状态，从而切换到原来的进程处理到来的数据。

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